JP3070732B2 - Mos半導体装置の製造方法 - Google Patents

Mos半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特にMOS電界効果トランジスタ構造の半導
体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の一般的なMOS電界効果トランジ
スタ(以下MOSトランジスタ)の製造方法を、図4の
製造工程順に示す断面構造図を用いて説明する。
【0003】まず、図4(A)の断面構造図に示すよう
に、半導体基板1上にLOCOS等のフィールド酸化膜
2を形成する。次に図4(B)に示すように、ウェル3
およびトランジスタのしきい値電圧の制御とパンチスル
ーの抑制のための不純物層4を形成するために、不純物
をイオン注入法などにより複数回に分けて注入する。
【0004】次に、図4(C)に示すように、不純物層
4の上にゲート絶縁膜6を熱酸化により形成した後、導
電体としてのポリシリコンを堆積し、ポリシリコンを所
定のパターンにエッチングすることによりゲート電極7
を形成する。次に図4(D)に示すように、ゲート電極
7を形成後、CVD法により酸化膜あるいは窒化膜を堆
積し異方性エッチングを行うことによりゲート電極7の
側面に側壁絶縁膜8を形成した後、ソース9およびドレ
イン9aを形成するために、ウェル3と逆導電型になる
不純物をイオン注入法などにより注入することにより、
図4(D)に示すようなMOSトランジスタが製造でき
る。注入する不純物としては、たとえばnMOSトラン
ジスタでは、ウェル3および不純物層4の形成にボロン
を、ソース9およびドレイン9aの形成をヒ素をイオン
注入すればよい。
【0005】近年のMOSトランジスタの微細化に伴
い、短チャネル効果の抑制や必要なオン電流を得るた
め、ゲート酸化膜6を薄膜化する必要がある。しかし、
ゲート酸化膜6を薄膜化することによりMOSトランジ
スタのしきい値電圧は低下するため、所望のしきい値電
圧を持つMOSトランジスタを製造するには、不純物層
4の不純物濃度を増加させる必要がある。また、パンチ
スルーを抑制するためにもチャネル領域下部の不純物濃
度を増加させる必要がある。
【0006】すでに説明した従来の製造方法により短チ
ャネルMOSトランジスタを作成すると、上記パンチス
ルー抑制やしきい値電圧調整のために不純物層4の不純
物濃度は濃くなり、ソース9およびドレイン9aとウェ
ル3との間にできるpn接合の容量、すなわち拡散層容
量が増加する。この拡散層容量の増加の結果、半導体回
路の動作速度が劣化する。
【0007】拡散層容量低減のためには、ソース9およ
びドレイン9a下部の不純物層4の不純物濃度を薄くす
る必要がある。このため、しきい値電圧の制御やパンチ
スルー抑制の不純物層4をゲート電極7の下部のみに形
成する方法がある。この製造方法は不純物層4の形成の
ための不純物注入をソース9およびドレイン9aの下部
へ行わないため、ここでは制限注入法と呼ぶことにす
る。
【0008】従来の制限注入法による半導体装置の製造
方法を、図5の製造工程順に示す断面構造図により説明
する。まず図5(A)の断面構造図に示すように、半導
体基板1上にフィールド酸化膜2を形成し、ウェル3の
形成の不純物注入をイオン注入法などにより行う。次に
図5(B)に示すように、MOSトランジスタのゲート
電極7下部のチャネル領域になる箇所に不純物注入され
る様に、レジスト5内に溝をリソグラフィー技術により
形成し、パンチスルー抑制としきい値電圧調整のための
不純物層4を形成するため不純物注入を行う(この不純
物注入を以後、制限注入と呼ぶ)。
【0009】次に、図5(C)に示すように、レジスト
5を除去後、ゲート絶縁膜6を熱酸化により形成した
後、ポリシリコンなどを堆積し、ポリシリコンを所定の
パターンにエッチングすることによりゲート電極7を形
成する。次に、図5(D)に示すように、前記ゲート電
極7を形成後、CVD法により酸化膜あるいは窒化膜の
側壁絶縁膜8を形成した後、ソース9およびドレイン9
aを形成するために、ウェル3と逆導電型になる不純物
をイオン注入法などにより注入する。
【0010】以上の工程により、図5(D)の断面構造
図に示すように、ゲート電極7の下部のチャネル領域に
のみ濃度の高い不純物層4をもつMOSトランジスタを
製造することが出来る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述の制限注入法を用
いると、所望のしきい値電圧をもつMOSトランジスタ
でありながら、拡散層容量が小さく回路遅延の少ない半
導体装置を製造することが出来る。
【0012】しかしながら、制限注入した不純物は、後
の工程の熱処理により、横方向におよそ0.1μm程度
拡散する。ゲート長が0.1μmまで微細化した短チャ
ネルトランジスタでは、制限注入用に形成するレジスト
中の溝も0.1μmの幅になり、横方向拡散によるチャ
ネル部分、すなわち不純物層4の濃度低下が顕著にな
る。この不純物濃度の低下を補い、所望のしきい値電圧
をもつトランジスタを作成するためには、不純物注入量
を増加させる必要がある。しかし、不純物注入量を増加
させることは、横方向へ拡散する不純物量も増加させる
ことにより、拡散層容量の低減効果が損なわれてしまう
という問題がある。
【0013】[発明の目的]本発明は、MOS電界効果
トランジスタの特性・性能の向上、特に微細化とともに
高速化できることを可能とする製造方法を提示すること
を目的とする。
【0014】かかる製造方法により、所望のしきい値電
圧を持ちながら、拡散層容量を低減したMOSトランジ
スタを提供することにより、製造方法により回路動作速
度の劣化を防止する。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記問題は、半導体装置
を製造する製造方法において、半導体基板上に第1導電
型の不純物注入を行い第1ウェルを形成する工程と、前
記第1ウェル上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記
ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、レジス
トを塗布し、ソース領域のみ選択的に制限注入溝を形成
して、前記レジストと前記ゲート電極とをマスクとして
前記第1導電型と同導電型の不純物注入を行い第2ウェ
ルを形成する工程と、前記ソース領域にソースを形成し
且つドレインを形成する第1導電型と逆導電型の不純物
注入を行う工程と、を有することを特徴とする。
【0016】
【0017】
【0018】[作用]一導電型不純物層はソース領域と
チャネル領域にまたがって形成されており、チャネル領
域の一導電型不純物が工程中の熱処理によりドレイン領
域へは拡散するが濃度の濃いソース領域へは拡散しな
い。その結果チャネル領域の不純物濃度低下を抑止で
き、一導電型不純物層形成のための不純物イオン注入量
を従来に比べ増加させる必要がなくなり、一導電型不純
物層からの横方向への不純物拡散によるドレイン領域の
拡散層容量の増加を低減できる。
【0019】
【発明の実施の形態】[第1の実施形態]本発明の第1
の実施形態を、図1の工程順に示す断面構造図により説
明する。まず、図1(A)に示すように半導体基板1上
に素子分離のためにLOCOS等のフィールド酸化膜2
を形成し、ウェル3形成のための不純物をイオン注入法
などにより注入する。
【0020】次に図1(B)に示すように、MOSトラ
ンジスタのゲート電極7が形成される領域とソース9に
なる領域に不純物が注入されるように、レジストを塗布
後、制限注入用溝5をリソグラフィー技術により形成
し、制限注入を行うことで、パンチスルー抑制としきい
値電圧制御用の不純物層4を形成する。このとき、制限
注入用溝5の幅はソースとゲート長の和である。たとえ
ば、ゲート長が0.1μmのMOSトランジスタではソ
ース領域は0.3μm程度になるため、ゲートとソース
領域の部分の和は0.4μmとなり、横方向へ不純物拡
散しても不純物濃度の濃い溝5中央部から不純物が供給
されることや、一方の横方向にはフィールド酸化膜2で
阻止され、他方の横方向への不純物拡散が濃度の薄いド
レイン方向のみのため、チャネル領域の不純物濃度低下
を抑制できる。
【0021】次に図1(C)に示すように、レジストを
除去した後、ゲート絶縁膜6を熱酸化により形成し、ポ
リシリコンなどを堆積した後、ポリシリコンを所定のパ
ターンにエッチングすることにより、ゲート電極7を形
成する。次に、図1(D)に示すように、前記ゲート電
極7の形成後、CVD法により酸化膜あるいは窒化膜を
堆積し、異方性エッチングをすることによりゲート電極
7の側面に側壁絶縁膜8を形成した後、ウェル3と逆導
電型になる不純物をイオン注入法などにより注入し、図
1(D)に示すように、ソース9およびドレイン9aを
形成する。
【0022】ここで、ゲート長0.1μmのnMOSト
ランジスタを本実施形態による実施例1の製造方法と従
来の制限注入法による製造方法との比較として、半導体
基板表面のボロンの不純物濃度を図3のグラフに示す。
図3では、しきい値電圧を同一にするため、チャネル付
近の不純物濃度をほぼ同一にしたため、従来の制限注入
法では不純物注入量を増加させた分だけ横方向への不純
物拡散量が大きくなっており、本発明による制限注入法
を用いることにより、従来に比べドレイン9aの拡散層
容量を低減できることは明らかである。
【0023】一方、ソース9下部の不純物濃度は本実施
形態では濃くなっており、ソース9の拡散層容量は増加
する。しかし、ソース9とウェル3は電源電位に接続さ
れるため、一定電位に保たれており、回路動作速度の低
下を起こすことはない。さらに電源電位に接続されてい
るソース9の拡散層容量が大きくなるため、電源配線中
のノイズによるソース9の電圧変化を抑制することが出
来る。
【0024】[第2の実施形態]本発明の第2の実施形
態を、図2の工程順に示す断面構造図により説明する。
まず、図2(A)に示すように、半導体基板1上にフィ
ールド酸化膜2を形成する。次に、ウェル3形成のため
の不純物をイオン注入法などにより注入する。
【0025】次に、図2(B)に示すように、ゲート絶
縁膜6を熱酸化により形成し、ポリシリコンなどを堆積
した後、ポリシリコンを所定のパターンにエッチングす
ることにより、ゲート電極7を形成する。
【0026】次に、ゲート電極7を形成後、図2(C)
に示すように、レジストを塗布後、MOSトランジスタ
のソース領域に不純物が注入されるように、溝5をリソ
グラフィー技術により形成し、パンチスルー抑制としき
い値電圧制御用の不純物注入を行い、不純物層4を形成
する。このとき、ゲート電極7も不純物注入のマスクと
して働き、チャネル領域には不純物は注入されない。熱
処理を行うことにより注入した不純物を、図2(D)に
示すように、チャネル領域に拡散される。
【0027】次に、図5(E)に示すように、CVD法
により酸化膜あるいは窒化膜を堆積し、異方性エッチン
グを行うことにより、ゲート電極に側壁絶縁膜8を形成
した後、ソース9およびドレイン9aを形成するため
に、ウェル3と逆導電型になる不純物をイオン注入法な
どにより注入し、図2(E)に示すMOSトランジスタ
を形成する。
【0028】本実施形態では、制限注入した不純物の横
方向拡散を利用してしきい値電圧の制御を行っている。
横方向への不純物注入量を増加させるため、図2(C)
のイオン注入の際、回転する基板を傾けイオンを斜め方
向から注入することもできる。
【0029】本実施形態では、第一実施形態の特長に加
え、ゲート電極7を制限注入のマスクの一部とすること
により、自己整合的に制限注入を行うことが出来る。
【0030】上記実施形態においては、MOS電界効果
トランジスタの製造方法について有用な例を示したが、
該MOS電界効果トランジスタは単独で製造されるばか
りでなく、多数のMOS電界効果トランジスタを有する
MOSトランジスタや、CMOS構成のスイッチや、A
NDやOR等の論理回路や、DRAMやSRAMのメモ
リ素子やメモリ用周辺回路等、多彩な面で本発明を適用
できる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ド
レイン領域の拡散層容量を増加させることなく短チャネ
ル効果を抑制したMOSトランジスタを得ることができ
るため、拡散層容量の増加による回路動作速度の劣化を
防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態を工程順に示した断面構
造図である。
【図2】本発明の第二実施形態を工程順に示した断面構
造図である。
【図3】本発明の第一実施形態に従いnMOSトランジ
スタを製造したときの不純物層4の半導体基板表面上の
ボロンドーズ量を従来のチャネル領域にのみ不純物層4
を形成する制限注入技術を用いたときと比較したもので
ある。
【図4】従来のMOSトランジスタの製造方法を工程順
に示した断面構造図である。
【図5】従来の制限注入技術によるMOSトランジスタ
の製造方法を工程順に示した断面構造図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 フィールド酸化膜 3 ウェル 4 しきい値制御およびパンチスルー抑制のための不純
物層 5 制限注入のためのマスクとなる溝 6 ゲート絶縁膜 7 ゲート電極 8 側壁絶縁膜 9 ソース 9a ドレイン

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置を製造する製造方法におい
    て、 半導体基板上に第1導電型の不純物注入を行い第1ウェ
    ルを形成する工程と、 前記第1ウェル上にゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、レジストを塗布し、 ソース領域のみ選択的に制限注入溝
    を形成して、前記レジストと前記ゲート電極とをマスク
    として前記第1導電型と同導電型の不純物注入を行い第
    2ウェルを形成する工程と、 前記ソース領域にソースを形成し且つドレインを形成す
    る第1導電型と逆導電型の不純物注入を行う工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記ソース領域のみ選択的に第1導電型
    の不純物イオン注入を行い前記第2ウェルを形成する工
    程において、回転する半導体基板に斜めから不純物イオ
    ンを注入することを特徴とする請求項に記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2ウェルを形成する工程の場合、
    前記ゲート電極は前記制限注入溝に一部を残し、前記不
    純物注入の際に自己整合的に制限注入を行うことを特徴
    とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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EP3358626B1 (en) * 2017-02-02 2022-07-20 Nxp B.V. Method of making a semiconductor switch device
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